Biochimica: la fotosintesi, energia dalla luce • Capitolo B4

Biochimica: la fotosintesi, energia dalla luce • Capitolo B4
VERIFICA LE TUE CONOSCENZE
1C
6B
11B
2A
7A
12D
3B
8C
13D
4B
9A
14C
5C
10C
VERIFICA LE TUE ABILITÀ
16a. pigmento; b. clorofilla a; c. 700 nm
17a. fissazione; b. fosforilazione; c. amido
18visibile, carotenoidi, ficobiline, anello, magnesio,
assorbono, maggiore, rosso, minore, carotenoidi,
verde, giallo, ficobiline, giallo-verde
19A
Motivazione: in seguito all’assorbimento di fotoni, la clorofilla passa a uno stato eccitato e cede
un elettrone all’accettore primario.
20D
Motivazione: la RuBisCO può agire da ossigenasi legando e consumando l’ossigeno e liberando
CO2.
21B
Motivazione: il centro di reazione del fotosistema I contiene una molecola di clorofilla a che
assorbe a 700 nm, mentre il centro di reazione
del fotosistema II contiene una molecola di
clorofilla a che assorbe a 680 nm: il fotosistema II
richiede fotoni con un’energia maggiore rispetto
al fotosistema I.
22B
Motivazione: il fotosistema II ossida le molecole
di H2O che liberano 2 elettroni e atomi di ossigeno che si combinano per formare molecole di O2.
23A
Motivazione: le piante C4 contengono la PEP
carbossilasi, che è in grado di fissare il C anche
a basse concentrazioni di CO2, quindi anche nei
giorni caldi quando gli stromi sono chiusi la fissazione può avvenire.
24D
Motivazione: una piccola parte del G3P è trasformata in saccarosio che per idrolisi si scinde in
glucosio e fruttosio, base di partenza per la sintesi
di amminoacidi, lipidi e acidi nucleici.
TEST YOURSELF
25B
27D
26C
28D
29A
SOLUZIONI
DEGLI ESERCIZI
DI FINE CAPITOLO
15a. ossidazione; b. NADPH; c. tilacoidi
VERSO L’UNIVERSITÀ
30A
31C
32B
33D
VERSO L’ESAME
DEFINISCI
34Spettro elettromagnetico: l’insieme di tutte le
possibili frequenze delle radiazioni elettromagnetiche.
Spettro d’azione: è il grafico che rappresenta
la velocità della fotosintesi in un organismo in
funzione delle diverse lunghezze d’onda a cui è
esposto.
Carotenoidi: pigmenti accessori che nella fotosintesi consentono di assorbire lunghezze d’onda
differenti rispetto alla clorofilla e che captano lunghezze d’onda corrispondenti al blu e blu-verde.
Esercizi di fine capitolo
David Sadava, David M. Hillis, H. Craig Heller, May R. Berenbaum, Francesco
Ranaldi – Il carbonio, gli enzimi, il DNA. Chimica organica e dei materiali,
biochimica e biotecnologie
La riproduzione di questa pagina tramite fotocopia è autorizzata ai soli fini dell’utilizzo
nell’attività didattica degli alunni delle classi che hanno adottato il testo
NADP: nicotinammide adenina dinucleotide
fosfato, è un coenzima che durante le reazioni
della fase luminosa della fotosintesi viene ridotto
a NADPH, poi utilizzato (insieme all’ATP) durante
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le reazioni indipendenti dalla luce per sintetizzare
zuccheri a partire da CO2.
Clorofilla P700: clorofilla a che assorbe a 700 nm
e fa parte del fotosistema I.
Fotofosforilazione: è la sintesi dell’ATP che avviene nei cloroplasti sfruttando l’energia luminosa.
RuBisCO: ribulosio bifosfato carbossilasi/ossigenasi è l’enzima responsabile della fissazione del
carbonio nel ciclo di Calvin o del legame con
l’ossigeno della fotorespirazione.
Tilacoidi: vescicole membranose appiattite presenti nei cloroplasti, che contengono i pigmenti
fotosintetici e l’apparato necessario per le reazioni
di fotosintesi.
SPIEGA
35Concetto centrale: l’energia ricavata da un
fotone assorbito nel sistema antenna di un
fotosistema passa da una molecola di pigmento
all’altra, fino ad arrivare alla clorofilla nel centro di
reazione. La molecola di clorofilla a assorbe energia e cede un elettrone, passando a uno stato
eccitato; la clorofilla ossidata può così ridurre una
molecola chiamata accettore primario.
RIFLETTI
SOLUZIONI
DEGLI ESERCIZI
DI FINE CAPITOLO
36Concetto centrale: il colore delle foglie è dovuto alla presenza di clorofilla nei cloroplasti, che
appare verde e copre i colori degli altri pigmenti
presenti. Quando le foglie smettono di svolgere
le funzioni di fotosintesi, alla fine dell’estate, non
producono più clorofilla; ecco che appaiono
quindi i colori degli altri pigmenti, in particolare
dei carotenoidi, responsabili delle tinte gialle tipiche delle foglie autunnali. Le foglie delle piante
«sempreverdi» mantengono anche durante i mesi
invernali le loro funzioni fotosintetiche, e restano
quindi verdi.
DESCRIVI
37Concetto centrale: la CO2 è stata marcata
con atomi di carbonio-14 radioattivo, in modo
da poter visulizzare il percorso del carbonio
lungo il processo: le reazioni di fissazione del
carbonio sono avveute in un’alga verde (Chlorella). Marcando radioattivamente il carbonio, gli
scienziati sono riusciti a distinuere tutti i prodotti
del processo, tra cui monosaccaridi e amminoacidi. Si scoprì anche che le reazioni erano
cicliche.
RICERCA
38Concetto centrale: iI metabolismo acido delle
crassulacee, o CAM, permette alle piante che
vivono in ambienti desertici di ottimizzare l’attività fotosintetica. Il metabolismo CAM prevede
la separazione temporale tra la fase luminosa e
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Esercizi di fine capitolo
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biochimica e biotecnologie
la fase buia della fotosintesi: gli stomi delle foglie
si aprono di notte per introdurre CO2, che viene
fissata in acidi organici poi conservati nei vacuoli;
durante il giorno, gli acidi organici sono rilasciati
dai vacuoli e trasportati nei cloroplasti, dove un
enzima li trasforma in piruvato e CO2, che può
entrare nel ciclo di Calvin.
Nel 1804 il chimico de Saussure ha osservato che
le piante succulente assumono CO2 al buio, senza
riuscire però a spiegare il fenomeno.
Nel 1815 Heyne ha osservato che in queste
piante i tessuti fotosintetici diventano più acidi di
notte, e meno acidi durante il giorno.
Alla fine degli anni Novanta dell’Ottocento, Aubert e Kraus hanno stabilito che esiste una correlazione tra il livello di acidificazione e la quantità
di luce assimilata il giorno precedente.
Solo negli anni Quaranta del Novecento il processo
metabolico è stato compreso in modo completo.
RICERCA E IPOTIZZA
39Concetto centrale: i cambiamenti climatici
potrebbero modificare le condizioni ambientali
di molte regioni del pianeta. Alcune aree rischiano di diventare più calde e aride; per sopravvivere, le piante dovrebbero sviluppare adattamenti
per resistere alla carenza di acqua e all’eccessiva
evaporazione e traspirazione. Le piante possono
sviluppare anche adattamenti all’aumento di concentrazione di CO2 nell’atmosfera, per esempio
diminuendo la quantità di stomi sulla superficie
delle foglie.
ANALIZZA E DEDUCI
40Concetto centrale: il mais è una pianta C4, in
cui è presente un enzima chiamato PEP carbossilasi: esso lega il carbonio della CO2 a un accettore
di carbonio, il PEP, formando un composto intermedio, l’ossalacetato. Per questo nell’esperimento descritto il primo prodotto visibile è l’ossalacetato, che si trasformerà poi in 3PG.
RICERCA
41Concetto centrale: Jason Priestley è stato un
sacerdote, chimico e filosofo inglese, vissuto nel
XVIII secolo. I suoi studi hanno riguardato in
particolare i gas.
In una serie di esperimenti, Priestley ha studiato
la sopravvivenza di un topo posto sotto una campana di vetro chiusa ermeticamente, osservando
che l’animale sopravviveva più a lungo se nella
campana si trovava anche una pianta.
DEDUCI
42Concetto centrale: in entrambi i casi, le piante
non riusciranno a svolgere in modo efficace il
processo di fotosintesi.
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In carenza di ATP e P, le piante non potranno
produrre attraverso la fotofosforilazione molecole
di ATP, necessarie per fornire energia nel ciclo di
Calvin (anche se una parte di energia può essere
conservata nelle molecole di NADPH).
In assenza di luce, le piante non potranno attivare
il flusso di elettroni della fase luminosa della
fotosintesi, e non potranno quindi produrre ATP e
NADPH.
RIFLETTI E COLLEGA
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Respirazione
cellulare
Fase Luminosa
C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 12H2O +
→ ENERGIA +
ENERGIA →
6CO2 + 6H2O
→ C6H12O6 + 6O2
+ 6H2O
interna
cloroplasti
eterotrofi
Fonte di
energia
chimica
luminosa
ossigeno
NADP+
riduzione
O2
ANALIZZA I DATI
44Concetto centrale: quando una pianta è illuminata con luce a lunghezze d’onda di 680 nm e
700 nm, entrambi i fotosistemi I e II sono attivati,
ottimizzando la produzione di ossigeno.
SOLUZIONI
DEGLI ESERCIZI
DI FINE CAPITOLO
a. Respirazione: O2 si riduce ad acqua, C6H12O6 si
ossida a CO2.
Fotosintesi: acqua si ossida a O2, CO2 si riduce a
C6H12O6.
b. Nella respirazione cellulare l’accettore di elettroni è l’ossigeno, che riceve gli elettroni prodotti
nella catena respiratoria; nella fotosintesi l’accettore è il NADP+, che si riduce a NADPH, che
insieme all’ATP entrerà nel ciclo di Calvin.
c. In entrambi i processi avviene un accoppiamento tra il gradiente elettrochimico che è stato
creato e la sintesi di ATP.
Differenze:
• nella respirazione cellulare il processo di chemiosmosi avviene a livello dei mitocondri, nella
fotosintesi nei cloroplasti;
• la fonte di energia nella respirazione cellulare è
rappresentata da molecole di nutrienti (energia chimica), mentre nella fotosintesi si utilizza
l’energia della luce;
• nella respirazione cellulare l’accettore di elettroni è l’ossigeno, nella fotosintesi è il NADP+.
Esercizi di fine capitolo
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